556 Trình điều khiển Servo: 5 Bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Servos (cũng là RC servos) là động cơ servo nhỏ, rẻ, được sản xuất hàng loạt được sử dụng để điều khiển vô tuyến và rô bốt quy mô nhỏ. Được thiết kế để dễ dàng điều khiển: vị trí của chiết áp bên trong liên tục được so sánh với vị trí được chỉ huy từ thiết bị điều khiển (tức là điều khiển vô tuyến). Bất kỳ sự khác biệt nào đều làm phát sinh tín hiệu lỗi theo hướng thích hợp, điều này sẽ dẫn động cơ điện tiến hoặc lùi và di chuyển trục đến vị trí đã được chỉ định. Khi servo đạt đến vị trí này, tín hiệu lỗi sẽ giảm và sau đó trở thành 0, lúc này servo ngừng di chuyển.

Servos điều khiển vô tuyến được kết nối thông qua kết nối ba dây tiêu chuẩn: hai dây cho nguồn điện DC và một dây để điều khiển, mang tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM). Điện áp tiêu chuẩn là 4,8 V DC, tuy nhiên 6 V và 12 V cũng được sử dụng trên một số servo. Tín hiệu điều khiển là tín hiệu PWM kỹ thuật số với tốc độ khung hình 50 Hz. Trong mỗi khung thời gian 20 ms, một xung kỹ thuật số cao đang hoạt động sẽ điều khiển vị trí. Xung danh định nằm trong khoảng từ 1,0 ms đến 2,0 ms với 1,5 ms luôn là trung tâm của dải.

Bạn không cần vi điều khiển hoặc máy tính để điều khiển servo. Bạn có thể sử dụng IC hẹn giờ 555 đáng kính để cung cấp các xung cần thiết cho servo.

Nhiều mạch dựa trên vi điều khiển có sẵn trên mạng. Ngoài ra còn có một số mạch có sẵn để kiểm tra servo dựa trên 555 đơn lẻ, nhưng tôi muốn có thời gian chính xác mà tần số không thay đổi chút nào. Tuy nhiên, nó phải rẻ và dễ xây dựng.

Bước 1: PWM là gì?

Như tên gọi của nó cho thấy, điều khiển tốc độ điều chế độ rộng xung hoạt động bằng cách điều khiển động cơ với một loạt các xung “BẬT-TẮT” và thay đổi chu kỳ làm việc, một phần thời gian mà điện áp đầu ra là “BẬT” so với khi nó “TẮT”, Của các xung trong khi vẫn giữ tần số không đổi.

Khái niệm đằng sau mạch này là nó sử dụng hai bộ định thời để tạo ra tín hiệu PWM (Điều chế độ rộng xung) đầu ra để điều khiển servo.

Bộ đếm thời gian đầu tiên hoạt động như một bộ điều khiển đa sóng đáng kinh ngạc và nó tạo ra "tần số sóng mang", hoặc tần số của các xung. Nghe có vẻ khó hiểu? Vâng, trong khi độ rộng xung của đầu ra có thể thay đổi, chúng tôi muốn thời gian từ khi bắt đầu xung đầu tiên đến khi bắt đầu xung thứ hai là như nhau. Đây là tần số của các lần xuất hiện xung. Và đây là nơi mà mạch này vượt qua tần số thay đổi của hầu hết các mạch 555 đơn lẻ.

Bộ đếm thời gian thứ hai hoạt động như một bộ điều khiển đa nhịp đơn ổn định. Điều này có nghĩa là nó bắt buộc phải được kích hoạt để tạo ra một xung của riêng nó. Như đã nói ở trên, bộ đếm thời gian đầu tiên sẽ kích hoạt bộ đếm thời gian thứ hai ở một khoảng thời gian cố định, người dùng có thể xác định. Tuy nhiên, bộ hẹn giờ thứ hai có một nồi bên ngoài được sử dụng để đặt độ rộng xung đầu ra, hoặc trên thực tế, xác định chu kỳ làm việc và lần lượt là vòng quay của servo. Hãy đến với giản đồ…

Bước 2: Một chút toán học… Tần suất

Mạch sử dụng LM556 hoặc NE556, có thể được thay thế bằng hai 555. Tôi vừa quyết định sử dụng 556 vì nó là 555 kép trong một gói. Mạch hẹn giờ bên trái, hoặc bộ tạo tần số, được thiết lập như một bộ điều khiển đa năng đáng kinh ngạc. Ý tưởng là làm cho nó tạo ra tần số sóng mang khoảng 50Hz, từ đó chu kỳ nhiệm vụ sẽ được thêm vào bởi bộ đếm thời gian bên phải hoặc bộ tạo độ rộng xung.

C1 tích điện qua R1, R4 (được sử dụng để thiết lập tần số) và R2. Trong thời gian này, sản lượng cao. Sau đó C1 phóng điện qua R1, và đầu ra ở mức thấp.

F = 1,44 / ((R2 + R4 + 2 * R1) * C1)

F = 64Hz cho R1 = 0

F = 33Hz cho R1 = 47k

Tuy nhiên, trên mạch mô phỏng đơn giản, R1 được bỏ qua và tần số là 64 Hz cố định.

Rất quan trọng! Chúng tôi muốn thời gian mà đầu ra ở mức thấp phải ngắn hơn độ rộng xung tối thiểu của bộ tạo độ rộng xung.

Bước 3: Một chút toán học… Pulse

Bộ tạo độ rộng xung, hoặc bộ đếm thời gian bên phải, được thiết lập ở chế độ ổn định. Điều này có nghĩa là mỗi khi bộ định thời được kích hoạt, nó sẽ đưa ra một xung đầu ra. Thời gian xung được xác định bởi R3, R5, R6 và C3. Một chiết áp bên ngoài (100k LIN POT) được kết nối để xác định độ rộng xung, sẽ xác định vòng quay và độ mở rộng của vòng quay trên servo. R5 và R6 được sử dụng để tinh chỉnh các vị trí ngoài cùng của servo, tránh làm nó bị nhiễu. Công thức được sử dụng như sau:

t = 1.1 * (R3 + R5 + (R6 * POT) / (R6 + POT)) * C4

Vì vậy, thời gian xung tối thiểu khi tất cả các biến trở được đặt bằng 0 là:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 mili giây

Lưu ý rằng thời gian độ rộng xung tối thiểu này dài hơn xung kích hoạt để đảm bảo rằng bộ tạo độ rộng xung không liên tục tạo ra các xung 0,36ms lần lượt, nhưng ở tần số ổn định + - 64Hz.

Khi chiết áp được đặt ở mức tối đa, thời gian là

t = 1.1 * (R3 + R5 + (R6 * POT) / (R6 + POT)) * C4

t = 13 mili giây

Chu kỳ nhiệm vụ = Độ rộng xung / Khoảng thời gian.

Vậy ở tần số 64Hz, khoảng thời gian xung là 15,6ms. Vì vậy, Chu kỳ nhiệm vụ thay đổi từ 2% đến 20%, với trung tâm là 10% (hãy nhớ rằng xung 1,5ms là vị trí trung tâm).

Vì lợi ích của sự rõ ràng, chiết áp R5 và R6 đã được loại bỏ khỏi mô phỏng và được thay thế bằng một điện trở và một chiết áp duy nhất.

Bước 4: Đủ với Toán học! Bây giờ hãy chơi

Bạn có thể chơi mô phỏng TẠI ĐÂY: chỉ cần nhấp vào nút "Mô phỏng", đợi trong khi mô phỏng tải rồi nhấp vào nút "Bắt đầu mô phỏng": đợi điện áp ổn định, sau đó nhấp và giữ chuột trái trên chiết áp. Kéo chuột và di chuyển chiết áp để điều khiển servo.

Bạn có thể lưu ý độ rộng xung thay đổi trên máy hiện sóng trên, trong khi tần số của xung không đổi trên máy hiện sóng thứ hai.

Bước 5: Cuối cùng nhưng không phải là ít nhất… Điều thực sự

Nếu bạn muốn đi xa hơn và tự xây dựng mạch ở đây, bạn có thể tìm sơ đồ, bố cục PCB (đó là một PCB một mặt mà bạn có thể dễ dàng chế tạo tại nhà), bố cục linh kiện, bố cục đồng và danh sách các bộ phận.

Một lưu ý nhỏ về tông đơ:

• tông đơ màu xanh đặt tần số của tín hiệu
• tông đơ màu đen ở giữa đặt giới hạn quay thấp hơn
• tông đơ màu đen còn lại đặt giới hạn quay trên

Một lưu ý nhanh hữu ích để hiệu chỉnh mạch cho một servo cụ thể:

1. đặt chiết áp chính thành 0
2. điều chỉnh tông đơ màu đen ở giữa cho đến khi servo được đặt ổn định ở giới hạn dưới mà không kêu
3. bây giờ đặt chiết áp chính ở mức tối đa
4. điều chỉnh tông đơ màu đen còn lại cho đến khi servo được đặt ổn định ở giới hạn cao hơn mà không kêu

Nếu bạn thích hướng dẫn này, hãy bình chọn cho tôi trong cuộc thi!:)

Giải thưởng của Ban giám khảo trong Thử thách Mẹo & Thủ thuật Điện tử